If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Czym jest siła magnetyczna?

Dowiedz się, czym jest siła magnetyczna i jak wyznaczać jej wartość oraz kierunek. Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości.

Czym jest siła magnetyczna?

Siła magnetyczna jest przejawem oddziaływań elektromagnetycznych — jednych z czterech podstawowych oddziaływań w przyrodzie. Pojawia się ona wówczas, gdy dochodzi do oddziaływania między poruszającymi się ładunkami. Kiedy ładunki poruszają się w zgodnym kierunku, siła magnetyczna jest przyciągająca; analogicznie, kiedy kierunki ruchu skierowane są przeciwnie, oddziaływanie jest odpychające.
Z artykułu o polu magnetycznym dowiedzieliśmy się, jak poruszający się ładunek otacza się polem magnetycznym, które oddziałuje na inne ładunki.

Jak określić wartość siły magnetycznej?

Rozważmy dwa obiekty. Siła oddziaływania magnetycznego między nimi zależy od wielkości ich ładunków i tego jak te ładunki się poruszają, a także od ich wzajemnej odległości. Zwrot siły (to, czy obiekty się przyciągają czy odpychają) zależy od tego, czy ładunki te poruszają się w zgodnych, czy też w przeciwnych kierunkach.
Najprostszym przypadkiem, w którym możemy obliczyć siłę magnetyczną, jest ciało o ustalonym ładunku q, poruszające się ze stałą prędkość v w jednorodnym polu magnetycznym B. Nawet,gdy to ostatnie nie jest jawnie podane, często możemy wyliczyć wartość pola magnetycznego, jeśli tylko znane są prądy, które je wywołują, oraz ich położenia.
Siła magnetyczna (zwana również siłą Lorentza wyraża się następującym wzorem:
F=qvB
Zapis ten wykorzystuje iloczyn wektorowy. Wzór na wartość siły magnetycznej możemy zapisać również bez użycia tego symbolu: znając kąt θ (<180) pomiędzy kierunkiem prędkości, a polem magnetycznym, możemy przedstawić tę relację następująco:
F=qvBsinθ
Kierunek działania siły możemy wyznaczyć, posługując się regułą prawej ręki. Najpierw wytłumaczymy, jak stosować ją w przypadku, gdy ładunek jest dodatni . Na początku należy wyprostować prawą dłoń i maksymalnie odchylić kciuk na bok. Następnie obracamy dłoń tak, by cztery palce wskazywały kierunek pola magnetycznego, natomiast kciuk - kierunek prędkości. Wówczas, gdy zegniemy cztery palce, będą one wskazywały kierunek działania siły magnetycznej. W przypadku ujemnego ładunku, kierunek działania siły będzie odwrotny. Możemy więc wyznaczyć go tą samą metodą, pamiętając, iż na koniec trzeba odwrócić kierunek, albo też użyć do tego lewej ręki (wówczas metoda działa bez odwracania kierunku na koniec).
Rysunek 1: Reguła prawej dłoni, w przypadku, gdy poruszający się ładunek ma dodatni znak
Czasem chcielibyśmy wyznaczyć wartość siły działającej na przewód z prądem I umieszczony w polu magnetycznym. Można to zrobić, przekształcając poprzednie równanie. Wiemy, że prędkość to droga/czas, zatem dla przewodu o długości L mamy
qv=qLt
dalej, prąd to ilość ładunku, która przepływa w jednostce czasu, zatem
qv=IL
ostatecznie
F=BILsinθ

Siła działająca na przewód

Zadanie 1a:
Rysunek 2: Siła magnetyczna działająca na przewód z prądem.
Na rysunku drugim widać przewód przebiegający między północnym i południowym biegunem magnesu w kształcie podkowy. Do przewodu podłączona jest bateria, co powoduje przepływ prądu o natężeniu 5 A w kierunku zaznaczonym na rysunku. Wiedząc, że natężenie pola magnetycznego między biegunami wynosi 0,2 T, wyznacz wartość i zwrot siły magnetycznej działającej na fragment przewodu o długości 10 mm, umieszczony między tymi biegunami.
Zadanie 1b:
Załóżmy, że przesunęliśmy magnes w lewo, tak że przewód jest teraz trochę bliżej bieguna południowego magnesu. Czy siła działająca na przewód z prądem się zmieni?
Zadanie 1c:
Załóżmy, że pole magnetyczne nie jest znane. Czy potrafisz wymyślić modyfikacje eksperymentu, która pozwalałaby zmierzyć jego wartość? Masz do dyspozycji linijkę, sznurek i kilka ciężarków o znanych wagach.

Ugięcie toru elektronów w kineskopie

Działanie kineskopu jest następujące: z jednej strony znajduje się działo elektronowe, które wyrzuca wiązkę elektronów o wysokiej prędkości w stronę ekranu. Ekran jest silnie fosforencyjny, wobec czego, gdy padają na niego elektrony, emitowane jest światło.
Ponieważ elektrony mają ładunek, można odchylać tor ich ruchu, poddając je działaniu siły elektrycznej bądź magnetycznej. Manipulując tym odchyleniem, jesteśmy w stanie kontrolować, w który punkt ekranu trafią. Działanie starych telewizorów kineskopowych opierało się właśnie na tej zasadzie.
Zadanie 2a:
Na rysunku 3 przedstawiony jest schemat eksperymentu z użyciem kineskopu. Wokół kineskopu nawinięto kilka zwojów drutu, w którym płynie prąd, generując wewnątrz jednorodne pole magnetyczne (zwoje nie są narysowane na ilustracji). W związku z tym obserwujemy ugięcie trajektorii elektronów (poruszają się one po wycinkach okręgów, jak na rysunku). Jaki jest kierunek pola magnetycznego?
Rysunek 3: Eksperyment z kineskopem.
Zadanie 2b:
Załóżmy, że elektrony opuszczają działo elektronowe kineskopu z prędkością v wynoszącą 2107 m/s. Ile wynosi natężenie pola magnetycznego? Promień okręgu, po jakim poruszają się elektrony wynosi w przybliżeniu L2/2d, gdzie L jest długością tuby kineskopu, a d jest odchyleniem poziomym wiązki.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.